基于核磁共振技术的疏松砂岩油藏微粒运移伤害机理

韩超,黄凡,职文栋,但顺华,万文胜,王琛

(1.中国石油新疆油田分公司准东采油厂,阜康 831500;2.西安石油大学石油工程学院,西安 710065)

准噶尔盆地阜东斜坡区头屯河组埋藏深度为2 100～3 500 m,储层孔隙度、渗透率差异较大,微观孔喉结构复杂,非均质性较强[1-3]。开发过程中,存在单井压力下降快、产能递减率大等问题。前期勘探开发实践认为,由于微粒运移现象导致的储层伤害,是制约区域单井产能的瓶颈[4-6]。中外学者针对微粒运移机理和微粒运移的关键控制因素开展了大量研究。Gruesbeck等[7]、Wojtanowicz等[8]通过理论分析确定微粒释放存在临界流速。李会平等[9]提出了确定微粒运移临界流速和临界半径的方法。Ives[10]、Gabriel等[11]通过室内实验分析结合数值模拟建立微粒运移的力学模型。目前研究微粒运移损害的实验手段以微模型、填砂模型和岩心驱替流动实验为主[12-13]。刘伟等[14]、常智等[15]通过驱替实验证明储层微粒会堵塞储层,造成储层渗透率下降。吴绍伟等[16]、Hasannejada等[17]研究表明,影响储层微粒运移的因素包括流体离子强度、流速、pH、温度等。值得注意的是,前人对于储层微粒运移的研究主要包括理论分析、室内评价测试、建立数值模型等,缺少从微观角度对微粒运移伤害进行定量表征。

储层微观孔喉特征的测试方法和评价手段多样[18-20],其中核磁共振技术具有连续性测试、精度高和无损样品等优势,获得的T2时间谱能够定量反映岩石孔喉结构与流体赋存状态[21-27]。Wang等[28]利用核磁共振技术,通过室内模拟实验研究了典型致密砂岩岩心的微观驱油机理。马宝芬等[29]对比评价了不同冻融实验条件下黄土样品的核磁共振T2谱特征,揭示了冻融后黄土的微观力学损伤现象。唐红娇等[30]、章彤[31]、马奎前等[32]利用核磁共振流体赋存实验分别分析了页岩、致密砂岩、疏松砂岩储层的可动流体参数。Jin等[33]、Tan等[34]利用核磁共振技术定量表征了储层的剩余油分布,明确了微观孔喉的堵塞机理。综上,学者们以不同类型储层为研究对象,依靠核磁共振技术,在孔喉分布、可动流体赋存、储层驱油机理与剩余油分布等方面开展了大量研究,形成了比较成熟的技术流程。准噶尔盆地阜东斜坡区头屯河组疏松砂岩储层微粒运移研究薄弱,从微观角度对疏松砂岩储层微粒运移伤害的评价尚鲜见报道。为了明确其微观控制机理,采集该地区目的层代表性砂岩储层岩心样品,参考前人评价经验,结合铸体薄片、场发射扫描电镜、高压压汞等多种测试结果,分析储层的微观孔喉特征;创新性地利用核磁共振T2谱定量评价储层微观伤害程度,揭示由储层微粒运移引起的微观孔喉结构伤害作用机理。以期对阜东斜坡区砂岩油藏勘探目标优选和开发效果改善提供指导或参考。

1 研究区地质概况

北三台凸起是一个持续性的古隆起,阜东地区受北三台凸起的影响,在斜坡高部位侏罗系头屯河组遭受剥蚀尖灭,形成了向西倾的大型单斜构造并发育一定规模的正断层,有利于油气运移和成藏。阜东斜坡区侏罗系头屯组物源主要来自东部古隆起剥蚀区,沉积相主要为曲流河三角洲沉积,岩性为灰绿色、绿灰色、灰色泥岩与灰绿色、灰色粉砂岩、细砂岩互层。

J2t3段地层厚度变化相对较大,介于60～120 m,向北三台凸起方向厚度逐渐减薄,砂体欠发育,泥岩发育、厚度大,起到一定的盖层作用。J2t2段地层厚度相对稳定,介于140～180 m,砂体相对发育,砂泥比高、单砂层厚度大,分布广,是头屯河组最重要的储层。J2t1段地层厚度变化相对不大,介于80～110 m,本段砂体较发育,以砂、泥岩互层为主、单砂层厚度相对较小,是头屯河组较主要的储层。

2 实验介绍

2.1 实验材料

岩心样品为取自准噶尔盆地阜东斜坡区头屯河组的5块砂岩储层岩心,将5块岩心样品分为长度相等的两段,分别进行微粒运移实验,岩心样品信息如表1所示。实验用盐水为根据岩心取心层位油藏水质监测数据配制的模拟地层水,矿化度为4 800 mg/L。油样为岩心同层原油与煤油复配,油样密度0.92 g/cm3,油样黏度为223 mPa·s。

表1 岩心实验参数Table 1 Experiment parameters of core samples

2.2 实验仪器

实验仪器主要包括核磁共振仪和驱替泵。核磁共振仪由上海纽迈电子科技有限公司制造,型号为Mini-MR。核磁共振仪器的磁场强度为0.5 T,射频脉冲频率范围为1～30 MHz,射频频率控制精度为0.01 MHz。装置参数设置如下,Te(回波时间):0.27 ms;Tw(等待时间):4 000 ms;Nech(回波1个数):6 000;Ns(扫描次数):64次。

驱替泵为美国Teledyne Isco公司生产260D型高压计量泵,压力范围为0～51.7 MPa,双泵体,泵体容积103 mL,连续流动流速范围为0.001～80 mL/min,计量精确,可实现连续注入,在实验中主要用来向岩心中注入模拟地层水、锰水等。实验采用的中间容器承压范围为0～50 MPa,耐温300 ℃。岩心夹持器,由中国南通华兴石油仪器有限公司制造,长度30 cm,耐压50.0 MPa。手动泵控制实验环压,由华兴石油仪器有限公司制造,压力范围0～50.0 MPa。

通过将驱替设备与低场核磁共振仪有效结合,实现对地层温度、压力条件下疏松砂岩油藏出砂过程的物理流动模拟,从微观尺度定量评价出砂对储层的伤害程度。

2.3 实验步骤

2.3.1 微粒膨胀伤害评价实验

(1)岩心洗油、烘干后,置于矿化度为4 800 mg/L的模拟地层水中,地层水液面覆盖岩心顶部,利用真空泵抽真空48 h,使实验岩心充分饱和模拟地层水。

(2)岩心夹持器围压设定为1.5～2 MPa,采用矿化度为4 800 mg/L的模拟地层水,以恒定流速注入岩心中,注入量为3～4 PV(PV为孔隙体积),对岩心样品进行核磁共振T2谱采样。

(3)采用浓度为2 400 mg/L的模拟地层水驱替,驱替速度与初始流速保持一致,注入量为20、40、60 PV后停止驱替,保持围压和温度不变,使浓度为2 400 mg/L的模拟地层水充分与岩石矿物发生反应12 h以上。

(4)测定注入量为20、40、60 PV时的渗透率,要求岩样两端的压差或驱替流速保持10 min以上不发生改变,连续测定三次,其相对误差应该小于3%。

(5)测定实验结束后岩心样品核磁共振T2谱,观察流体分布特征。

2.3.2 微粒运移伤害评价实验

(1)岩心洗油、烘干后,置于矿化度为4 800 mg/L的模拟地层水中,地层水液面覆盖岩心顶部,利用真空泵抽真空48 h,使实验岩心充分饱和模拟地层水。

(2)岩心夹持器围压设定为1.5～2 MPa,采用矿化度为4 800 mg/L的模拟地层水,以恒定流速注入岩心中,注入量为3～4 PV,对岩心样品进行核磁共振T2谱采样。

(3)按照0.10、0.25、0.50、0.75、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0 cm3/min的流量进行依次测定。

(4)测定渗透率,要求岩样两端的压差或驱替流速保持10 min以上不发生改变,连续测定三次,其相对误差应该小于3%。

(5)实验结束后测定岩心样品核磁共振T2谱,对比实验前T2谱,观察流体分布特征,定量计算孔喉堵塞程度。

3 微粒运移伤害特征

3.1 微观伤害程度表征

采用核磁共振技术,通过对比初始状态和实验后的T2谱下覆面积差值,定量评价疏松砂岩样品在生产阶段的微粒运移伤害特征及微观机理。图1为孔径为10～100 ms孔喉尺度内微粒运移伤害程度计算示意图,10～100 ms尺度内T2谱下覆面积值可反映岩心样品的有效孔喉体积,通常实验后,T2谱下覆面积值会有一定程度的降低,即岩心样品的有效孔喉体积减小。因此,该方法可定量计算得到实验前后岩心内部有效孔喉体积差值,即表明该部分孔喉在实验后发生了堵塞伤害。假设半径为10～100 ms的孔喉中初始状态由So+Si表示,微粒膨胀、运移伤害后的核磁共振T2谱面积由Si表示,可计算砂岩样品孔喉伤害程度I,计算公式为

图1 孔喉伤害程度计算示意图Fig.1 Schematic diagram of calculation of pore throat damage degree

(1)

式(1)中:I为孔喉伤害程度,%;Si为实验后T2谱频率面积;So为初始状态与实验后T2谱频率面积差值。

3.2 微粒运移伤害评价

微观孔喉伤害程度是基于核磁共振T2谱对比分析,评价微粒运移微观伤害特征,不同的岩心样品核磁共振T2谱存在差异。

微粒运移过程中微粒遇到储层流体膨胀,容易堵塞孔喉狭窄处,造成储层伤害。1-1号岩心样品(微粒膨胀)和1-2号岩心样品(微粒膨胀运移)实验前后测得的核磁共振T2谱分布如图2所示,T2谱为双峰态,左峰峰值高于右峰表明样品较小孔喉、较大孔喉均发育。1号岩心组较小孔喉分布在0.01～5.34 ms范围内,相对含量为63.28%,较大孔喉分布在5.34～231.01 ms,相对含量为36.72%。1-1号岩心样品实验后测得的核磁共振T2谱出现整体下降,下降幅度较小,定量计算微粒膨胀对孔喉伤害程度为4.82%;1-2号岩心样品实验后核磁共振T2谱同样出现整体范围内下降,计算得到微粒膨胀运移对孔喉伤害程度为5.48%。通过核磁共振T2谱观察发现,储层在发生微粒运移伤害时,在孔隙喉道中会发生一定程度的堵塞。

黑色曲线为岩心样品初始状态核磁共振T2谱;蓝色曲线为微粒膨胀实验后的T2谱;红色曲线为微粒运移实验后的T2谱图2 1-1号、1-2号岩心样品实验前后核磁共振T2谱Fig.2 NMR T2 spectra of core samples of No.1-1 and No.1-2 before and after the experiment

2-1号岩心样品和2-2号岩心样品核磁共振T2谱为双峰态,如图3所示,较小孔喉在整体孔喉中占比较高。2-1号、2-2号砂岩岩心样品较小孔喉分布在0.01～9.32 ms范围内,相对含量为61.43%,较大孔喉分布在9.32～464.16 ms,相对含量为38.57%。2-1号和2-2号样品实验后测得的核磁共振T2谱下降幅度接近,计算得到2-1号岩心样品微粒膨胀导致的孔喉伤害程度为3.29%,2-2号岩心样品微粒膨胀运移导致的孔喉伤害程度为4.64%;其伤害程度整体小于1号岩心组。

黑色曲线为岩心样品初始状态核磁共振T2谱;蓝色曲线为微粒膨胀实验后的T2谱;红色曲线为微粒运移实验后的T2谱图3 2-1号、2-2号岩心样品实验前后核磁共振T2谱Fig.3 NMR T2 spectra of core samples of No.2-1 and No.2-2 before and after the experiment

3-1号、3-2号岩心样品实验前后测得的核磁共振T2谱分布如图4所示,样品较小孔喉含量高于较大孔喉。3号岩心组样品较小孔喉尺度基本分布在0.01～9.33 ms范围内,相对含量为66.67%,较大孔喉主要分布在9.33～811.13 ms,相对含量为33.33%。3号岩心组实验后测得的核磁共振T2谱与初始饱和水状态相比在较小、较大孔喉范围内均有明显下降。计算得到微粒膨胀孔喉伤害程度为6.74%,微粒运移孔喉伤害程度为9.21%。3号岩心组微粒运移引起的孔喉堵塞程度相比1号和2号岩心组有一定程度的增加。

黑色曲线为岩心样品初始状态核磁共振T2谱;蓝色曲线为微粒膨胀实验后的T2谱;红色曲线为微粒运移实验后的T2谱图4 3-1号、3-2号岩心样品实验前后核磁共振T2谱Fig.4 NMR T2 spectra of core samples of No.3-1 and No.3-2 before and after the experiment

4号岩心组实验前后测得的核磁共振T2谱分布如图5所示,该样品的核磁共振T2谱同样为双峰态,但是右峰幅度显著低于左峰,计算得到较小孔喉尺度基本分布在0.01～3.51 ms范围内,相对含量达到94.43%;而较大孔喉主要分布在3.51～65.79 ms,相对含量仅为5.57%,较小孔喉在样品总孔喉体积中占有绝对比例。4-1号岩心样品实验后较小孔喉T2谱下降明显,而较大孔喉范围内T2谱幅度基本无变化。

黑色曲线为岩心样品初始状态核磁共振T2谱;蓝色曲线为微粒膨胀实验后的T2谱;红色曲线为微粒运移实验后的T2谱图5 4-1号、4-2号岩心样品实验前后核磁共振T2谱Fig.5 NMR T2 spectra of core samples of No.4-1 and No.4-2 before and after the experiment

4-2号岩心样品实验后测得的T2谱变化规律与4-1号岩心样品基本一致。计算得到4号岩心组微粒膨胀孔喉伤害程度为9.43%,微粒膨胀运移孔喉伤害程度则达到11.98%,微粒运移效应对储层微观孔喉的堵塞程度整体较高,且主要堵塞了尺度较小的孔喉。

5号岩心样品的核磁共振T2谱分布如图6所示,整体呈现单峰态,表明该岩心内部孔喉尺度较小,总体分布在0.01～1.32 ms范围内,相对含量达到98.26%,而较大孔喉的含量则非常低。孔喉发育程度导致其渗透率仅有0.97×10-3μm2,为5组岩心样品中渗透率的最低值。5-2号岩心样品实验后测得的核磁共振T2谱在较小孔喉范围内降幅显著,微粒运移孔喉伤害程度达到14.49%;5-1号岩心样品微粒膨胀孔喉伤害程度为9.90%,与4-1号样品的伤害程度接近。

黑色曲线为岩心样品初始状态核磁共振T2谱;蓝色曲线为微粒膨胀实验后的T2谱;红色曲线为微粒运移实验后的T2谱图6 5-1号、5-2号岩心样品实验前后核磁共振T2谱Fig.6 NMR T2 spectra of core samples of No.5-1 and No.5-2 before and after the experiment

综上,阜东斜坡区头屯河组砂岩储层微粒膨胀引起的孔喉伤害程度介于3.29%～9.90%,平均为6.84%;微粒运移引起的孔喉伤害程度介于4.64%～14.49%,平均为9.16%,微粒运移对储层微观孔喉的伤害程度更大(表2)。由于储层物性存在一定程度的差异,1号岩心组～3号岩心组储层物性较好,微粒膨胀伤害程度较低,为3.29%～6.74%,而4号岩心组和5号岩心组的微粒膨胀伤害程度则接近10%;同时,4号岩心组和5号岩心组的微粒运移伤害程度则已超过10%,最高达到14.49%,整体高于1号岩心组～3号岩心组。

表2 微粒膨胀、运移孔喉伤害程度Table 2 Damage degree of particle expansion and migration pore throat

3.3 不同尺度孔喉的伤害机理

基于微粒膨胀、运移伤害实验的核磁共振T2谱数据,可以定量计算出疏松砂岩样品不同孔喉尺度内的伤害程度,结果如表3所示。

表3 微粒膨胀、运移实验不同尺度孔喉堵塞伤害程度Table 3 Damage degree of pore throats at different scales of particle expansion and migration

从表3可以看出,微粒膨胀引起的较小孔喉的伤害程度介于2.02%～9.73%,平均为5.64%。由于4-1号、5-1号岩心样品孔喉发育程度较差,孔喉尺度较小,因此,微粒膨胀实验中以上两块样品的较小孔喉堵塞程度达到8.90%和9.73%,整体高于1-1号～3-1号岩心样品。微粒膨胀引起的较大孔喉的伤害程度介于0.17%～2.25%,平均为1.20%。相比较小孔喉,由于更大的孔喉半径,较大孔喉在实验中发生堵塞伤害程度明显较小[图7(a)]。

图7 微粒膨胀、运移实验不同尺度孔喉伤害程度分布Fig.7 Damage degree of pore throats at different scales in particle expansion and migration

不同尺度的孔喉在微粒运移实验中发生的堵塞伤害情况与微粒膨胀较为相似,但程度略高[图7(b)],较小孔喉的孔喉伤害介于2.85%～14.24%,平均为7.60%。4号、5号岩心样品较小孔喉堵塞程度分别达到11.31%和14.24%,堵塞程度明显偏高。1号～3号岩心样品较小孔喉堵塞程度分布在2.85%～6.14%,伤害程度相对较低。针对较大孔喉而言,微粒运移实验中发生的堵塞程度介于0.25%～3.07%,平均为1.56%,与 微粒膨胀实验规律基本一致,即较大尺度的孔喉在 微粒运移实验中发生堵塞伤害程度较小。

定量计算得到不同尺度孔喉在微粒膨胀、运移实验中的堵塞伤害程度如表3所示。综合分析发现,孔喉尺度与微粒膨胀、运移引发的储层微观堵塞伤害程度呈负相关,即孔喉尺度越大,储层堵塞伤害程度越低。较小孔喉由于孔喉尺度有限,实验中脱落的矿物、黏土颗粒更容易发生聚集堵塞,储层微观孔喉伤害程度较高;而较大孔喉由于孔喉尺度大,脱落的矿物、黏土颗粒可随流体进一步运移,不易发生聚集堵塞伤害。同时,微粒运移效应在不同尺度孔喉内引起堵塞伤害程度要明显高于 微粒膨胀效应。疏松砂岩储层普遍存在出砂伤害,砂粒脱落伴随流体一起运移。当流体流速较快时,疏松砂岩岩石骨架松散的砂粒脱落现象加剧,砂粒在孔喉较窄处形成桥塞,对微观孔喉造成伤害。在现场开发过程中,严重的出砂现象会在近井段附近造成砂堵、砂埋,产能不理想。疏松砂岩油藏的微粒运移伤害是黏土矿物膨胀、脱落和砂粒运移共同作用的结果。

4 微粒运移伤害控制因素

明确储层微粒运移伤害特征对开发方案的制定与优化具有重要参考意义。研究认为,储层物性和孔喉特征与储层微粒膨胀、运移伤害具有相关关系,是储层伤害的关键控制因素[35-36]。此外,疏松砂岩在开发过程中普遍存在出砂现象,出砂是微粒运移的表现[37-38]。

4.1 物性

阜东斜坡区头屯河组砂岩样品的孔隙度介于8.72%～16.80%,平均为12.65%;渗透率介于0.97×10-3～20.12×10-3μm2,平均8.88×10-3μm2。物性非均质性较强,孔喉结构复杂,孔隙度和渗透率之间有一定的正相关关系。

阜东斜坡区头屯河组砂岩孔隙度、渗透率与储层微观孔喉堵塞伤害程度呈负相关关系,相关性较好(图8)。其中孔隙度与整体孔喉、较小孔喉的微粒膨胀伤害程度相关系数为0.66、0.65,与较大孔喉伤害程度无相关性;即孔隙度越大,整体孔喉、较小孔喉的微粒膨胀伤害程度则越低。孔隙度与整体孔喉、较小孔喉的微粒运移伤害程度的相关关系也呈现出相似的规律。渗透率与孔喉伤害程度的相关性显著高于孔隙度,其中渗透率与整体孔喉、较小孔喉的微粒膨胀伤害程度相关系数为0.81、0.77,与整体孔喉、较小孔喉的微粒运移伤害程度相关系数达到0.87、0.80。综合分析认为,针对孔隙度、渗透率较低的储层,较小孔喉中的颗粒堵塞是引起储层伤害的主要原因。

图8 储层物性与孔喉伤害程度相关性分析Fig.8 Correlation analysis of reservoir physical properties and pore-throat damage degree

4.2 孔喉特征

阜东斜坡区头屯河组砂岩样品场发射扫描电镜测试结果显示。1号岩心样品粒间孔较发育,孔喉发育程度高,表面覆盖绿泥石薄膜,粒间孔隙充填自生石英[图9(a)];2号岩心样品多见粒间孔、粒内溶孔,孔隙发育程度高,粒间孔充填较多小的自生石英晶体[图9(b)];3号岩心样品可见粒间孔、溶孔,孔喉连通性差,孔隙发育程度低,未见晶型完整的自生矿物[图9(c)];4号岩心样品多见溶孔,孔喉发育程度较差,部分粒间孔隙被自生石英和绿泥石充填[图9(d)];5号岩心样品总体较致密,粒间孔隙充填丝片状伊利石和方解石,颗粒之间接触紧密[图9(e)]。

图9 阜东斜坡区头屯河组砂岩岩心样品场发射扫描电镜照片Fig.9 FE-SEM photo of Toutunhe Formation sandstone core sample in Fudong slope area

阜东斜坡区头屯河组砂岩样品压汞测试结果显示,砂岩样品排驱压力介于0.11～2.32 MPa,平均为0.99 MPa;中值压力介于3.09～20.33 MPa,平均为10.38 MPa;中值半径介于0.04～0.24 μm,平均为0.13 μm;最大进汞饱和度介于50.08%～69.35%,平均为60.55%;分选系数介于1.19～2.68,平均为1.89;均值系数介于0.11～0.26,平均为0.19。整体看来,头屯河组砂岩排驱压力低,分选性较好,孔喉差异大(表4)。

表4 阜东斜坡区头屯河组砂岩储层特征Table 4 Characteristics of the sandstone reservoir of Toutunhe Formation in the Fudong slope area

基于压汞测试得到岩心样品的孔喉特征参数,选取排驱压力、分选系数与微粒膨胀、微粒运移孔喉伤害程度进行相关性分析(图10)。结果表明,孔喉特征参数与较大孔喉伤害程度均没有明显相关性。排驱压力与整体孔喉、较小孔喉微粒膨胀伤害程度呈正相关,相关系数分别为0.75、0.72;即排驱压力越高,微粒膨胀、运移引发的孔喉堵塞程度越大。排驱压力与整体孔喉、较小孔喉微粒运移伤害程度呈正相关,且相关系数达到0.89、0.81,相关性较好。然而,分选系数与孔喉伤害程度呈负相关,即分选性越好,微粒膨胀、运移引发的孔喉堵塞程度越小。分选系数与整体孔喉、较小孔喉微粒膨胀孔喉堵塞程度相关系数为0.71、0.61,与微粒运移孔喉堵塞程度相关系数为0.80、0.67。分析认为,针对排驱压力高、分选性差的储层,较小孔喉中的颗粒堵塞是引起储层伤害的主要原因。

4.3 黏土矿物

阜东斜坡区头屯河组疏松砂岩的典型特征是胶结程度低,储层多为孔隙-接触式、接触式胶结,泥质胶结多见,胶结强度低,砂岩疏松。疏松砂岩岩心样品碎屑颗粒分选较好,以细砂为主,少量中-细砂,磨圆度为次棱角状、棱角-次棱角状,孔隙发育程度较好。岩心样品碎屑成分主要为岩屑,平均含量60.98%;其次为石英,平均含量18.63%;长石含量平均含量为13.08%。胶结物含量平均为6.12%,杂基含量平均为1.29%(图11)。在黏土矿物中,蒙脱石与伊蒙混层含量平均为55.44%,二者相比其他黏土矿物具有较大的比表面积,遇水易膨胀后堵塞孔喉,对储层造成伤害;绿泥石与绿蒙混层含量平均为16.92%;高岭石含量平均为16.45%,其在流体冲刷作用下脱落后被携带至孔喉细小处造成堵塞;伊利石含量平均为11.19%(图11);高岭石是典型的微粒运移矿物,而微粒膨胀矿物主要为蒙脱石和伊蒙混层。

图11 阜东斜坡区头屯河组砂岩储层矿物组分Fig.11 Mineral composition of sandstone reservoirs of in the Toutunhe Formation of the Fudong slope area

孔喉伤害程度与矿物含量的相关关系如图12所示,微粒膨胀引发的孔喉伤害程度与蒙脱石+伊蒙混层含量呈正相关关系,随着蒙脱石、伊蒙混层含量的增多,孔喉伤害程度增强。蒙脱石+伊蒙混层含量与整体孔喉、较小孔喉 微粒膨胀伤害程度相关系数为0.79、0.72。

图12 黏土矿物与孔喉伤害程度相关性分析Fig.12 Correlation analysis between clay minerals and pore throat damage degree

微粒运移引发的孔喉伤害程度与高岭石含量呈负相关关系,相关系数为0.59,较小孔喉伤害程度与高岭石含量也呈负相关关系,相关系数为0.48,相关性均一般。因此,蒙脱石、伊蒙混层含量越高,微粒膨胀的孔喉伤害程度越明显,黏土矿物含量与微粒运移的孔喉伤害程度的相关性不明显,表明微粒运移伤害程度可能还受其他因素控制。

微粒运移实验结束后,用滤纸对实验出口端液体进行过滤,5块岩心样品均可见不同程度的出砂现象。其中,2-2号样品 微粒运移的孔喉伤害程度较低,滤纸上可见少量砂粒,4-2号、5-2号样品微粒运移的孔喉伤害程度高,滤纸上可见较多砂粒,包括粒径较粗的砂粒,说明在微粒运移实验过程中存在出砂现象(图13)。

图13 实验中砂岩样品出砂现象Fig.13 Sand production phenomenon of sandstone samples in the experiment

5 结论

(1)基于核磁共振T2谱计算微粒膨胀造成的孔喉伤害程度介于3.29%～9.90%,平均为6.84%;微粒运移造成的孔喉伤害程度介于4.64%～14.49%,平均为9.16%;微粒运移作用对储层孔喉造成的伤害程度更高。

(2)阜东斜坡区头屯河组砂岩储层较小孔喉介于0.01～9.33 ms,孔喉伤害程度高,微粒膨胀孔喉伤害程度介于2.02%～9.73%,平均为5.64%,微粒运移对较小孔喉伤害程度介于2.85%～14.24%,平均为7.60%。较大尺度的孔喉在微粒膨胀、运移实验中的堵塞程度很低。

(3)阜东斜坡区头屯河组砂岩储层的孔隙度、渗透率、分选系数与储层微观孔喉堵塞伤害程度呈负相关关系,排驱压力与孔喉堵塞伤害程度呈正相关。蒙脱石+伊蒙混层含量高是导致研究区目的层储层微粒膨胀伤害的重要因素,疏松砂岩中砂粒运移则是微粒运移的宏观表现。

以阜东斜坡区头屯河组疏松砂岩油藏为研究对象,利用核磁共振方法对疏松砂岩油藏微粒膨胀、运移特征进行评价。研究表明,疏松砂岩油藏微粒膨胀、运移伤害作用较强,疏松砂岩存在出砂现象。研究成果对疏松砂岩注水开发提供了理论依据,有利于疏松砂岩油藏的保护和经济效益的提高。